智慧浇筑架飞桥——世界最大跨径公路悬浇拱桥水落河特大桥建造技术

水落河特大桥位于四川省泸州市古蔺县永乐镇与龙山镇交界处，是泸州经古蔺至金沙高速公路（古蔺至川黔界段）的控制性工程。大桥位于乌蒙山区，山势陡峭，两岸近乎直立，桥面至谷底高差250余米，桥区位于灰岩地区，地质活泼，岩石裂隙发育，施工难度极大。

大桥采用主跨349.25m（计算跨径335m）的上承式钢筋混凝土悬浇拱桥，主桥桥面系采用跨径11×31.75m的预应力混凝土简支I形梁+组合桥面板；古蔺岸引桥采用9孔40m跨径预应力混凝土简支T梁，金沙岸引桥采用25孔（右幅24孔）40m跨径预应力混凝土简支T梁。桥梁全长左幅1721.25m，右幅1676.20m。

图1 水落河特大桥桥型布置图

水落河特大桥设计为钢筋混凝土拱座，在拱脚位置采用C50钢纤维混凝土，左右幅分开设置。古蔺岸拱座顺桥向长21m，右幅拱座高22m，左幅高25m，设计C30混凝土12320.8m3，C50钢纤维混凝土3239.6m3。金沙岸拱座顺桥向长18.7m，高17.97m，设计C30混凝土6098.3m3，C50钢纤维混凝土2502.2m3。

针对水落河特大桥拱座结构受力特点和拱座高强度大体积混凝土(C50)易出现温度裂缝影响耐久性的问题，项目通过对混凝土自身性能的研发、改善，对拱座采取分层分块浇筑，对浇筑过程进行智能化温度控制，开发出了一套拱座大体积混凝土的制备和施工控制技术。包括开发出高强度等级大体积混凝土水化温升抑制和抗裂性能提升的技术；研发出水落河特大桥拱座C50机制砂抗裂大体积钢纤维混凝土，解决工程建设中河砂匮乏的问题，提高结构耐久性。

第一，采用低含气量、高减水、水化温升抑制、高保塑聚羧酸超塑化剂，复配优质消泡剂和引气剂，辅以聚醚类减缩型外加剂补偿收缩，有效减少混凝土体积收缩，提高混凝土的抗裂性能，从而开发研制高强度等级大体积混凝土专用外加剂。

第二，研究水泥和矿物掺和料的种类和掺量、钢纤维的种类和掺量，以及外加剂的掺量，对大体积混凝土水化温升、力学性能（抗压、抗折和弯曲韧性）和体积稳定性能的影响，提出拱座C50机制砂抗裂大体积钢纤维混凝土配合比优化设计与制备方法。

第三，基于C50机制砂混凝土水化温升速率以及力学性能的发展规律，进行拱座C50机制砂混凝土的温度场和应力场的分析，提出拱座C50机制砂抗裂大体积钢纤维混凝土水化温升稳定控制与开裂性能提升技术。

第四，采用振动式搅拌机取代强制式搅拌机，减少了拱座C50钢纤维混凝土的搅拌时间、提高了混凝土强度，一定程度降低了水泥用量。对混凝土体积稳定性能、抗裂性能、抗裂纤维分布均匀性等均有所改善。

第五，采用分层分块浇筑，拱座古蔺岸分7层浇筑，金沙岸分6层浇筑。辅以无线智能温控设备，实施24小时全天监控温度，并设置温度函数调节流量阀，自动调节冷凝水流速，科学可行和高效、低成本地实现了智能温控。

水落河特大桥拱圈采用分幅设计，左右幅不相连，每幅采用两个单箱单室结构拱肋，分离式两肋间以横隔板相连，各拱肋均为八边形薄壁箱形结构，箱宽4m，箱高6.5m。标准段顶、底板厚0.4m，腹板厚0.3m。1、2号节段为加厚段，加厚段顶底板厚0.5m，腹板厚0.4m。拱肋采用C80高韧性钢纤维混凝土浇筑，钢纤维掺量40kg/m3，这是该类型混凝土首次应用于悬浇拱桥。

首次在悬浇拱桥上采用C80高韧性低收缩钢纤维混凝土。通过研究C80高韧性混杂混凝土的高程泵送性能、高强韧性、低收缩抗裂和优质外观质量的协同提升技术，开发出具有自主知识产权的C80高韧性抗裂钢纤维混凝土，降低了薄壁箱形拱肋易开裂的风险，提高了拱肋结构的耐久性及外观质量。主要从以下几个方面进行了技术研发：

第一，通过室内大量试拌试验及试验墩浇筑总结，研究开发出高稳泡、超分散、低收缩、黏度调控型高流态C80高韧性混杂纤维混凝土专用外加剂，制备出的C80混杂纤维混凝土工作性能。

第二，对C80混凝土中纤维的分布、韧性和体积变形性能（收缩、徐变）的影响机制研究。研究了专用外加剂的掺量，以及纤维的种类、掺量及混杂方式，对混凝土的泵送性能、韧性和体积稳定性能（收缩和徐变）的影响；开发出拱圈C80大流态混凝土工作性能、力学性能（抗压、抗拉、弯曲韧性和弹性模量）、体积稳定性与外观质量协同提升技术；提出拱圈高流态C80高韧性纤维混凝土配合比设计及制备方法。

图2 拱箱混凝土研究试验图

第三，基于高流态C80高韧性纤维混凝土配合比设计及制备方法，结合前期试验数据，进行了拱圈自密实C80高韧性钢纤维混凝土制备研究，基本工作性能、力学性能测试优异，J环障碍高差、间隙通过性、T500扩展时间、L型仪充填比等自密实性能指标良好。

图3 拱箱混凝土性能测试实例图

第四，研究了拌和工艺（拌和时间、原材料下料顺序、原材料控制指标等）对拱圈C80高韧性纤维混凝土的泵送性能、力学性能（抗压、抗拉、弯曲韧性和弹性模量）和体积稳定性（收缩、徐变）的影响。

第五，研究了拱圈C80高韧性纤维混凝土的泵送、浇筑振捣和养护方式对拱圈混凝土的力学性能、耐久性能及外观质量的影响规律，优化挂篮悬臂浇筑拱圈C80高韧性纤维混凝土的施工工艺。

引桥墩基础作为扣挂体系的锚碇，采用桩锚+预应力岩锚的组合式锚碇，斜拉扣挂体系的所有锚索均锚固于两岸引桥桥墩的承台上，利用引桥桥墩的桩基及预应力岩锚共同组成的锚碇系统抵抗锚索索力，创新地采用永临结合的锚碇设计，大大地减少大体积锚碇施工的诸多难题。

岩锚采用单根6束和8束Φs15.2mm全长无粘结型钢绞线，强度级别为1860Mpa，单根6束锚索设计锚固力为750kN，单根8束锚索设计锚固力为1000kN，按设计锚固力的1.1倍进行张拉。

承台锚碇预先预埋钢绞线，承台内预埋P型锚具及管道，首先在承台顶或侧面张拉预埋钢绞线，后采用钢制转换接头与锚索相连。承台作为岩锚与斜拉扣挂的锚索受力转换点，对悬浇施工起着十分重要的作用。

图4 承台岩锚结构图及承台岩锚计算模型图

水落河特大桥拱肋分45个节段施工，两岸拱脚1～2号段采用搭架现浇施工，3～22号段采用挂篮悬臂浇筑施工，悬浇段长度6.07～10.07m，最重节段悬浇重量约197t。跨中23号合龙段长2m，采用吊架施工。

斜拉扣挂体系采用“扣吊合一”的设计。古蔺岸扣塔高43.75m，金沙岸高37.5m，扣塔采用装配式钢管拼装，采用法兰盘和高强螺栓连接，首次在拼装场采用卧拼扣塔的预拼方式以提高拼装精度和安装效率。

扣锚索每节段布置两根，扣索锚固于箱内齿块处，锚索锚固于承台上，在交界墩和扣塔上张拉，交界墩张拉齿块处设内隔板，扣塔张拉处设钢锚梁。交界墩和拱箱节段上预先埋设索导管，便于穿梭。全桥单个拱肋共设扣锚索各42对，扣锚索规格由Φs15.2-7到Φs15.2-15钢绞线不等，最大索力约190t。本桥扣锚索索力采用一次调索技术，即施工过程中不需要对前面节段扣锚索力进行调整直至成拱状态。

图5 水落河特大桥斜拉扣挂及缆索系统布置图

（单位：厘米）

缆索吊装系统设计为轻型缆索，全桥布设6组主缆，主缆采用φ56的镀锌钢丝绳，牵引绳和起重绳采用φ24的镀锌钢丝绳。扣塔上设Φs15.2-5的纵向风缆，每幅设2组。牵引系统采用6台10t摩擦型卷扬机，起重系统采用6台电动中速卷扬机。缆索系统每组主缆设计最大吊重15t，主要用于拱肋节段钢筋的整体安装。

扣锚及缆索吊装系统采用智能监控系统，通过对扣锚索索力、塔偏位移、锚碇位移、卷扬机状态、起升高度与运行行程的监控等，纳入集中控制系统，实现对扣锚及缆索系统的操控和监测，提高施工效率，降低了安全风险。

针对水落河特大桥拱肋节段长、壁薄、悬浇倾角大的特点，研发出轻型化的桁架式悬浇挂篮，通过液压行走系统实现挂篮内外模的行走，保证了挂篮行走的平稳和浇筑的安全。挂篮外模采用液压系统安拆模板，内模采用桁架式内液压模板系统，两者相互独立又相互协同。挂篮施工工艺为：外模退开→挂篮行走→挂篮及外模行走到位→安装拱箱钢筋→收缩内模并行走→内模行走到位→模板系统调整→浇筑混凝土。

图6 水落河大桥悬浇挂篮效果图

挂篮主梁采用箱形截面和桁架式结构，提高了截面惯性矩，减轻挂篮重量，有效改善了对悬浇扣锚索索力的影响。外模通过K型撑上设置液压设备，实现外模的开合，外模随挂篮一同行走，保证结构的整体稳定性，降低模板吊运的安全风险。挂篮配置有主顶系统、行走系统、止推系统、后顶升系统、中锚系统、安全平台系统等，通过各个系统的协同作用，能够有效降低挂篮挂钩的承载力，减轻挂篮自重，体现了悬浇拱轻型化的挂篮设计理念。内模系统采用桁架式内模设计，内模板与桁架一体，通过液压设备实现箱内模板的收张，配有专门的内模行走轨道，从而实现内模系统的行走。此外，通过智能建造数字孪生平台的核心物理引擎技术，进行了挂篮的运动学仿真，保证挂篮运行的稳定性。

图7 挂篮内外模系统实例图

拱箱钢筋节段长、数量多，焊接工作量大，为减少拱箱钢筋安装时间，提高施工效率，保证钢筋的焊接质量，采用主拱圈钢筋“分段制作、分片吊装、分块组拼”的施工工艺。钢筋在钢筋加工厂下料制作，运输至两岸拱座施工平台上进行流水线分片拼装，拼装好后通过缆索吊装系统分片吊装至挂篮进行安装，实现钢筋骨架装配化、精细化施工。

该技术减少了钢筋在挂篮上焊接的时间，能够有效加快施工进度，降低在大倾角拱箱上焊接众多箍筋的安全风险，提高安装质量；主拱肋钢筋节段分4片进行加工，在专用的钢筋拼装胎座上进行拼装，再通过专用通道运输至肋间吊装点，通过缆索吊装调至挂篮上安装，最大钢筋块件重量约11t；吊装作业先安装底板钢筋片，再安装两腹板钢筋片，待内模系统行走到位后再安装顶板钢筋片，大大提高施工效率。

古金高速智慧梁厂选址于龙山服务区，预制区占地14000m2，存梁区占地10200m2。梁板预制采用工厂化流水线生产，通过智能化技术的运用，保证了施工质量，提高了生产效率，达到节能增效的目的，非常适用于山区大型梁厂的建设。本智慧梁厂共布设6条生产线和1条回程线，配套布置钢筋绑扎区、混凝土浇筑区、蒸养区（喷淋养护区）、张拉压浆区。每条生产线的标准配置是一套液压T梁模板，搭配4个移动台座。

图8 智慧梁厂布置图

与传统预制梁厂相比，本智慧梁厂创新点：

采用“可调式液压模板+移动台座”的布置方式，减少了制梁台座的数量，同时能实现同一台座对不同横坡的T梁适应性，减小了对场地地形的限制，提高了施工效率；采用预制T梁外带动力牵引系统，每条生产线配备一套独立的外带动力系统，实现了低成本投入，低碳节能的环保施工理念；采用“L”形的“产梁-存梁-运梁”轨道，配合智能养生系统、智能张拉系统，可实现全天候T梁生产，保证了对山区地形环境和复杂多变天气的适应性；采用公路后张法预制T梁预应力管道橡胶抽拔棒成孔工艺，配备橡胶棒穿束机，大大节省劳动力，保证了管道的顺直度，减小预应力损失。

水落河特大桥引桥的40mT梁和主桥桥面I形梁均由此智慧梁厂生产。该智慧梁厂对预制T梁横坡坡度、封端、锚头加固处置、混凝土外观质量等梁板预制关键工序的施工控制，做到精细化管控，延长构件寿命。为梁板预制规模在200～5000片的山区智慧梁厂，提供了可推广应用的组合式建造解决方案。与普通预制梁厂相比,大大节约人工成本、提高加工功效摊销；与同类型高投入的智慧梁厂相比，综合成本节约显著，非常适用于山区高速预制梁的生产。

为了解决项目施工作业区域产业工人工作、生活基本需求，满足工程建设对于产业工人的技能培训要求，围绕以水落河特大桥为中心区域，项目试点建设了产业工人园区。

坚持“以人为本”原则，坚持“产、学、研”相结合原则，园区从综合改善工人生活条件入手，按照集中化布局、物业化管理、市场化运营的思路创设生活园，引入第三方物业公司实行专业化管理。工人入住前须进入产业工人培训中心进行专业培训，培训合格后方可进入产业工人园入住，入住由物业管理合理统筹安排。

园区占地5300平方米，设置住宿、餐饮、卫生、教育、驻车5大功能区，园区依托现有基础设施，营造“家文化”氛围，丰富产业工人文娱生活，增强产业工人亲和度，确保产业工人队伍稳定性。同时以水落河特大桥创新工艺研发为载体，结合产业工人队伍的丰富经验，在施工方案、施工组织方面进行多层次合作。通过“产业工人培训中心”平台，开展岗前安全教育培训、三级教育、技术质量交底等技能技术培训，提高产业工人作业能力，满足产业工人学习进步的需求，为水落河特大桥的建设提供了坚实的队伍力量。

水落河特大桥建成后，将成为最大跨径公路悬浇拱桥，在桥梁建造史上具有里程碑意义，其先进的建造技术和管理模式，既可为大跨度钢筋混凝土拱桥的设计提供参考，也可为大型薄壁箱形截面拱的悬臂施工提供技术经验。